完整版同济大学机械原理课程设计步进输送机Word下载.docx
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原始数据及设计要求:
1)输送工件的形状和尺寸,如下图所示。
单位:
mm
输送步长为H=840mm。
2)滑架工作行程平均速度为0.42m/s。
要求保证输送速度尽可能的均匀,行程速比系数K值为1.7左右。
3)滑架导轨水平线至安装平面的高度在1100mm以下。
4)电动机功率可选用1.1kw,1400r/min左右(如Y90S-4)。
注意事项及难点提示:
1)机构的协调设计;
2)步进输送机构与插断机构的主要审计参数有些已给定,有些需要计算或自行确定。
比如,可按已知行程,平均速度和行程速比系数确定曲柄转速。
3)步进输送机运动简图应进行多方案比较。
工件的运送要求平稳和有较高的定位精度。
进行方案评价是,侧重点应放在运动和动力功能质量方面(比如,工件停放在工位上之前的速度变化应尽量平缓)。
工艺动作分解
加料
实现工件落到辊道上
插断
实现工件一个一个有序掉落到辊道上
输送
循环运动,在正行程中实现步进输送机,并能急回
机构选型
加料:
由工件做自由落体运动完成
插断:
插断机构
方案一:
运用凸轮加弹簧,使工件往下掉的开关始终与凸轮表面接触,从而与凸轮表面运行轨迹一致,实现开关一开一闭。
优点:
1.只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线,就可以使推杆得到想要的运动规律,易实现插断;
2.结构紧凑,计算简单。
缺点:
1.加工两个凸轮,成本较高;
2.凸轮与推杆之间的点、线接触,是使得凸轮轮廓易磨损;
3.较难实现同步传递动力给两个凸轮。
方案二:
利用双摆杆机构带动插板运动实现插断。
1.均为连杆和滑块,加工成本低
1.杆件尺寸大,占用空间大,不便安装;
2.机构工作时振动大,运动误差累计使两端难以同步插断;
3.计算繁琐。
方案三:
下摆杆的竖直运动,使摆杆摆动,再通过套筒带动滑架运动,原动件可通过凸轮控制。
1.结构简洁对称,易于计算;
2.传动路线短,可以快速反应;
3.都是连杆和滑块,成本低。
1.机构运动时,受到的冲击力大,连杆易磨损;
2.振动过大使得机构运动时,速度波动大,难以实现同步和准确插断;
3.原动件为凸轮,加工成本高。
方案四:
由齿轮带动星型挡板转动,同时采用三页挡板卡住工件,做插断机构,可使工件一个一个有序掉下来。
1.工件在下落过程中速度均匀,对插断机构的冲击几乎没有;
2.齿轮传动比精确,两端易于实现同步和准确插断;
3.传动路线短,能快速反应;
4.磨损小,使用寿命长;
5.结构简洁,易于计算
1.齿轮和三页挡板加工成本高。
输送:
步进机构
采用凸轮机构和摇杆滑块机构,凸轮带动摆杆摆动,在通过摆杆带动滑块实现往复运动。
1.可以实现急回;
2.往复行程大而机构尺寸小。
1.速度不均匀,惯性力大;
2.凸轮较难加工,加工成本高。
采用曲柄导杆机构,曲柄转动带动摆杆摆动,摆杆摆动转化为滑块的往复运动。
1.结构简洁,易于计算;
2.有急回特性;
1.导杆做往复摆动其速度有波动;
2.惯性力大,难以平衡;
3.要达到规定步长,机构尺寸大。
采用从动件圆柱凸轮机构,将凸轮的转动通过滑槽转化为滑块的往复运动。
1.机构结构简洁,易于计算;
2.能较准确完成往复运动。
1.圆柱凸轮难加工,成本高;
2.达到规定的输送步长,工件尺寸大;
3.滑块易磨损,运动的累计误差大,使运动精确性降低;
4.无急回特性。
采用椭圆规机构,带动输送架上下左右往复运动,实现步进输送工件。
2.能较准确完成往复运动;
3.速度变化较均匀,惯性力小;
4.工件对机构的冲击小,磨损小;
5.有急回特性。
1.滑块滑槽难加工,成本高;
结论:
综合上述各方案的优缺点分析,考虑机构的运送平稳性和定位精确性,系统结构的合理性(结构简洁,传动路线短等),及机构的经济性等,我们最终选择插断机构方案四和输送机构四,组成一个步进输送机构。
步进输送机工作原理图
工作循环图
如图为步进输送机圆周式运动循环图。
它以输送机构中的曲柄为定标构件,曲柄每转一周为一个运动循环(在此期间,插断机构中的三页挡板转过120°
)。
它描述了输送机构中的滑块和棘钩分别在推程、回程中的动作时间长短
机构的设计计算
电动机类型及参数
根据题目要求,选用Y90S-4型电动机,其额定功率为1.1kw,满载转速为1400r/min。
输送机构
1.椭圆规机构尺寸
●轨迹设计
根据工件的步进输送的步长H=840mm,以及工件的高度尺寸综合分析可知,推动工件的构件必须满足以下几个条件。
1)与构件相对静止的点(即滚子)的轨迹必须是封闭曲线。
2)轨迹在水平方向的最大距离为840mm,在竖直方向的最大距离为160mm。
3)有明显的上升段与下降段,并且轨迹曲线必须是凸性的。
最终选定长轴为840mm,短轴为160mm的椭圆轨迹作为执行构件(或者滚子)的轨迹。
其轨迹的优点在于形状规则,便于计算,并且便于机构实现。
轨迹如图所示:
●连杆和执行点设计
轨迹实现如图所示:
可知AC应为长半轴,BC应为短半轴,即:
AC=420mm,BC=80mm。
连杆长度BC=AC+BC=500mm
两个滑块的行程都为S==1000mm。
2.驱动机构设计
●极位夹角
根据行程行程速比系数K为1.7,得:
极位夹角
●曲柄和连杆的长度
如上图所示:
曲柄长度为R,连杆长度为L,滑块行程S=1000mm。
根据三角形余弦公式得:
得
取R=425mm
代入公式得L=790mm,
且偏距
●验证杆长条件
满足杆长条件。
●确定转向
推程角应大于回程角,工件从左向右移动,因而曲柄应顺时针回转。
●确定曲柄转速
平均速度为420mm/s,推程为840mm,因而
推程所占时间
回程所占时间
周期
曲柄转速
3.竖直滑道的位置
竖直轨道距水平滑轨的距离
4.输送架设计
输送架如下图所示,具体尺寸已标出
插断机构
1.三页挡板轴间距L
如下图,三页挡板由三个相邻夹角为120°
的挡板组成。
可利用挡板刚好完全卡住工件的参数来计算三页挡板轴间距L。
h=50mm,a=270mm单位:
●三页挡板与工件边缘距离:
s=h/[2*tan(Ф/2)]=50/[2*tan(120°
/2)]mm=14.4338mm
由校核计算可知:
图示位置为极限位置,当且仅当工件和挡板相对位置如图时会发生卡住情况,为避免此种情况的发生,将s圆整为15.00mm。
●两三页挡板中心距离为
L=a+2s=270+2*15mm=300.00mm
2.三页挡板宽度d
如下图,可根据,当第一个工件开始做自由落体运动的时候,三页挡板顶住第二个工件这一要求,求出三页挡板宽度d。
H=80mm,s=15mm单位:
由图可列方程:
s=dcosФ
dsinФ+dsin(120-Ф)=H
解得d=47.26mm
圆整得d=47mm
3.三页挡板轴心高度h0
为使工件前进时与三页挡板不干涉,h0=d+H=47+80=127mm
适当增大一点距离,选h0=130mm
4.传动齿轮
为了实现三页挡板的谐调运动——等速反向运动,选择两直径相等的直尺圆柱齿轮作为传动机构。
●齿轮直径
d1=d2=L/2x2=300/2x2=300mm
●齿轮转速
由于输送机构一个周期是插断机构的三个周期,则转速
n’=n/3=r/min
●确定转向
为了实现工件依次掉下来,应该设置左边齿轮顺时针转动。
机构协调性设计
从输送机构的曲柄到插断机构的齿轮的协调设计
曲柄转速=19r/min,三页挡板转速=r/min,过渡机构采用两级圆柱齿轮减速器,如图:
如图按照减速器传动顺序各齿轮分别为齿轮1、2、3、4,设其齿数
分别为、、、,转速分别为、、、.
取齿轮1、2的模数=3mm,齿轮3、4的模数=4mm.
有图有:
=19r/min,=r/min.
又已知齿轮4的直径为300mm,齿轮1的轴和齿轮4的轴距离为500mm.
经编程计算,取=40,=120,==75.
减速器设计
●取皮带轮传动比为2.95:
1,其中=95mm,=280mm.
●如图按照减速器传动顺序各齿轮分别为齿轮1、2、3、4,设其
齿数分别为、、、,转速分别为、、、.
取齿轮的模数m=3mm
则:
==475r/min
又=19r/min
i==25
故可取==20,==100.
C++编程
#include"
iostream.h"
math.h"
#definea322.2
#definel1425,l2790
#definew11.9897
voidmain()
{
doubleA,x,v;
cout<
<
"
请输入A(弧度):
;
cin>
>
A;
x=l1*cos(A)+sqrt(l1*l1*cos(A)*cos(A)+l2*l2+2*a*l1*sin(A)-a*a-l1*l1);
v=(l1*w1*cos(A)*(a-l1*sin(A))/(x-l1*cos(A)))-l1*w1*sin(A);
x="
x<
endl;
v="
v<
cout<
a="
((l1*sin(A)-a)/(x-l1*cos(A)))*(l1*w1*w1*sin(A)+((l1*l1*w1*w1+v*v+2*l1*w1*v*sin(A))/l2)*((a-l1*sin(A))/l2))-l1*w1*w1*cos(A)-((l1*l1*w1*w1+v*v+2*l1*w1*v*sin(A))/l2)*((x-l1*cos(A))/l2)<
}
运动线图
水平方向位移图
竖直方向位移图
水平方向速度图
竖直方向速度图
水平方向加速度图
参考文献
1.孙恒、陈作模主编,机械原理(第七版),高等教育出版社,2009年5月
2.同济大学机械原理与设计教研室机械原理课程设计指导书
3.龚沛曾、杨志强主编,C/C++程序设计教程,高等教育出版社,2009年5月
设计心得体会